Bachelor's Thesis

System design for prediction of take-away transport planning

Final Thesis 3.89 MB Appendix 13.93 MB

Author of thesis: Jan Holík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Karel Horák, Ph.D.

Reviewer: Ing. Peter Honec, Ph.D.

Abstract:

This thesis presents the design of a system for predicting and planning the collection of wastewater in a decentralised area. For flow prediction, the additive Holt-Winters method was selected with a custom asymmetric error function that penalises underprediction and forces the model to produce a safety upper envelope of consumption. The parameters
were optimised using Grid Search on real water meter data. For collection planning, a genetic algorithm and simulated annealing were used. The results were verified using a simulator for 266 cesspools and three vehicles over 30 days. The genetic algorithm outperformed simulated annealing in both tested scenarios and, unlike the reference method, did not violate the operational constraints of the treatment plant.

Keywords:

decentralised wastewater treatment, time series prediction, Holt-Winters method, collection planning, genetic algorithm, simulated annealing, CVRP, route optimisation

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student obhájil diplomovou/bakalářskou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy oponenta týkající se výpočetní náročnosti trénování neuronových sítí, které byly na počátku práce zavrhnuty a efektivity přiřazení vozidel k jímkám. Komise studentovi položila otázky týkající se absolutního objemu materiálu svezeného v jednotlivých testech a tudíž i způsobu finálního zhodnocení navrhovaného řešení.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Zdeněk Slanina, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Karel Horák, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Pikula, Ph.D. (člen)
Ing. Miloslav Richter, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Karel Horák, Ph.D.

Student Jan Holík zpracoval bakalářkou práci na téma „Návrh systému pro predikci a plánování svozů“ týkající se provozu decentralizované čistírny odpadních vod. Jde o firemní zadání, jenž je součástí většího celku projektových prací. Kladně hodnotím schopnost studenta zpracovat do té doby jemu neznámé odborné téma s potřebou komunikace s externími konzultanty a tomu uzpůsobovat činnosti a směřování práce. Vytknout naopak musím ne vždy dobře organizovaný časový rozvrh s přetržkami, který ke konci semestru vedl ke zbytečně hektickému dokončování dokumentu, kdy na kontrolu některých pasáží vůbec nezbyl čas.
Se samotným odborným rozsahem práce jsou však zástupci firmy vesměs spokojeni, kdy student v praktické části práce (kap. 3 od str. 36) navrhl predikční model stavů jímek v čase a ověřil z něj odvozený svozový plán. Ačkoli to nebylo explicitně uvedeno v zadání, mohl zde student provést hlubší studium predikčních metod a pro srovnání implementovat i jiné metody, než vybranou Holt-Winters, byť jde ve výsledku o volbu správnou. Tím student provedl firmou požadované ověření na úrovni Proof-Of-Concept a to nejen teoreticky, ale i s uvážením reálných provozních omezení. Drobnou nevýhodou práce danou i neoptimálním rozvržením prací studentem je, že navržený model a algoritmus svozu nebyl šířeji testován v reálných podmínkách, byť i zde je nutno dodat, že takové praktické testování by naráželo na řadu organizačních a technických podmínek provozů, u nichž jsou i jednoduché operace plánovány i s vícetýdenním předstihem.
Z pohledu vedoucího bakalářské práce mohu uzavřít, že student svůj postup vesměs konzultoval a předložil životaschopný koncept řešení zadaného problému vhodný pro další testování a rozšiřování. Proto práci doporučuji k obhajobě před komisí. Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Peter Honec, Ph.D.

Student Jan Holík se ve své bakalářské práci zabývá návrhem systému pro predikci naplnění odpadních jímek a optimalizaci jejich svozu fekálními vozy. Určitě se jedná o téma praktické, trochu mimo témata běžně řešená na poli ústavu automatizace, ale zajisté inspirující a připomínající termíny „kritický stav“, „saturace“ nebo „přetečení“.
Téma je spíše z oboru matematické optimalizace tras obchodního cestujícího. Práce je celkem logicky strukturována, obsahuje zajímavou teoretickou část, ve které student seznamuje čtenáře s kompletní problematikou. Do matematických modelů optimalizace a tvrdých nebo měkkých omezujících podmínek musely být promítnuty parametry svozů, omezení, technologií, zákoníku práce a dalších organizačních aspektů, které lze uvažovat pouze rozsáhlým studiem oboru nebo důkladnou komunikací s realizačním týmem na hluboké úrovni.
Hlavní přínos práce spočívá v praktické části. Autor navrhl predikční model založený na Holt-Wintersově metodě s chybovou funkcí, která odráží požadavky reálného provozu. Následně otestoval optimalizační systém pro plánování svozů využívající genetický algoritmus a simulované žíhání. Tyto pak porovnal s původním způsobem svozu (nazývaným v práci baseline), který velí na základě prostého překročení hladiny jímky bez její predikce. Výsledky simulace končí jasným výsledkem, kdy dojde oproti původní metodě k optimalizaci svozů, aniž by byly překročeny limitující parametry optimalizační funkce.
Uvítal bych diskusi nad výpočetní náročností trénování neuronových sítí, které jsou hned z kraje zavrhovány pro svoji výpočetní náročnost, přestože mohou poskytovat lepší výsledky, než numerické metody typu genetických algoritmů. Podle mého výpočetní náročnost nad takto „málo“ daty (tisíc jímek, 3 auta) bude na běžných výpočetních prostředcích odpovídat nazutí jedné gumáky.
Zároveň v textu nevidím úvahu nad tím, že vzhledem ke kapacitě vozu (8-12 m3) a jímek (10-12 m3) obslouží jeden vůz jednu jímku a pak se vrací do ČOV a nelze tak hovořit o úloze obchodního cestujícícho nebo nějaké optimalizaci tras. Nebo některé jímky jsou odčerpávány jen z části a je tak vyhrývána volná kapacita vozů? Pokud ano, je to efektivní vzhledem k času přípravy k odčerpání jímky a také k (občasné) účasti majitele?
Uvedené dotazy nebo připomínky berte vzhledem k vzdálenosti tématu jako podnět k diskusi a ne jako tvrdé výtky. V tomto duchu také hodnotím práci 80 body s tím, že nechávám velký prostor pro korekci bodového ohodnocení při diskusi a obhajobě. Points proposed by reviewer: 80

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová